51单片机实战：定时器与数码管的应用

文章框架

前言

嗯，总之我目前是这么打算的，到时候会不会这样我就不知道了哈（任性到不能自己）。好，下面开始今天的正文。

知识点

图片来源于百度

分类

• 共阳（Common Anode）

  
  Proteus模拟元件：7SEG-COM-ANODE
  

  如图就是Proteus中模拟的共阳数码管，上面单独的那个接线是7个数码管共同的阳极接线，左边七个接线是它们各自的阴极接线，所以你也就理解了“共阳”就是他们的阳极是在一起的。

• 共阴（Common Cathod）

  
  Proteus模拟元件：7SEG-COM-CATHODE
  

  与共阳同理，下面单独的那个接线是7个数码管共同的阴极接线，左边七个接线是他们各自的阳极接线，“共阴”就是他们的阴极是在一起的。

• BCD（Binary Coded Decimal Display）

  
  Proteus模拟元件：7SEG-BCD
  

  这个就比较特殊了，它是四个接线（分别对应十进制数字的8、4、2、1）。他只能显示十六进制的0~15（详细请自查阅二进制、十进制、十六进制的转换，这里不作讨论），也就是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b（大写的没法区分）、C、d（大写的没法区分）、E、F。所以如果只作上述十六进制数字的表示，这个操作起来最方便，但是没有灵活性，不像共阳和共阴的可以表示很多鬼畜的东西出来。

演示
你看了BCD可能还清楚要怎么给它数据，但共阳共阴的哪知道它哪个接线对应哪个LED啊？
好，我给你图，有点丑别太在意：

• 电路

  
  电路
  

  其中左侧的是BCD（Proteus模拟元件：7SEG-BCD），右上为共阳（Proteus模拟元件：7SEG-COM-ANODE），右下为共阴（这个是不带共阴接线的，接起来比较简单，带接线的接起来有点麻烦，但原理一样。Proteus模拟元件：7SEG-DIGITAL）。

• 代码

#include <reg52.h>
#define VALUE 0x04  //对应的二进制为：0000 0100

void main() {
    P0 = VALUE;     //连接电路中的共阳数码管
    P1 = VALUE;     //连接电路中的BCD
    P2 = VALUE;     //连接电路中的共阳数码管
    while(1);         //让单片机运行卡在这里，为了一直运行，不然数码管都会灭掉，大家以后写程序也要注意
}

#define为预编译指令中的宏定义指令，只由编译器解释，译为将文中所有的VALUE替换为0x04。关于其二进制0000 0100可以回头看一下那个丑不拉几的草图。

• 效果

  
  效果
  

  可以看出共阳和共阴都是对LED亮灭的操作，且正好相反。而BCD可以直接解读你给的数字。所以如果我们用共阳或共阴的数码管显示信息，就需要在代码中制作一个编码表。

定时器/计数器

• TMOD
  TMOD为定时器/计数器工作方式寄存器，用于确定其工作方式和功能选择。
  字节地址：89H，不能位寻址，reg52.h中已定义，单片机复位时全部清零。

你会发现,低四位和高四位格式是一样的，因为低四位（0_{3）用于设置定时器0，高四位（4}7）用于设置定时器1。设置的内容都是GATE、C/T、M1、M0。

• TCON
  TCON为定时器/计数器控制寄存器，用于控制其启动、停止，标志其溢出和中断情况。
  字节地址：88H，能位寻址，reg52.h中已定义，单片机复位时全部清零。

高八位与其运行和溢出有关，第八位与外部中断有关。

高八位中：

TF0和TR0对应定时器0，TF1和TR1对应定时器1。

低八位中：

IE0与IT0对应外部中断0，IE1与IT1对应外部中断1。因为此例与这里无关，不作详细介绍，有兴趣请自查资料。

初值

• 简介
  定时器的实质是，由机器频率向一个16位寄存器累加，累加满溢出时触发中断。为了产生一个我们想要的时间间隔，比如说1s，所以我们要在这个寄存器里设定一个初值，以至于让它在这个初值上累加可以产生一个1s的倍数。这样我们就得到了稳定的时间间隔。
  这个寄存器分为TH（高八位）和TL（低八位）。所以我们需要把计算好的初值分成两部分分别放入TH和TL。

• 过程
  首先，我们通过单片机的晶振频率得知其时钟周期，再尤其乘以12得到机器周期。每一个机器周期在寄存器内+1，直到加满溢出产生中断。

• 例子
  若单片机频率为12Mhz，其时钟周期就是1/12μs，机器周期为1μs，也就是每1μs寄存器+1。16位的寄存器加到溢出最多需要(2^16)-1=65535μs，溢出也需要一个机器周期，所以总共要65536μs。但这个值太别扭，和我们要的1s没什么关系。我们最好让它记50000μs产生一次中断，所以其初值就设为65536-50000=15536。但我们还要将这个值分别放在高八位和低八位，所以要将这个十进制数，转换为4位十六进制数再分开赋值。
  十进制计算法：TH = 15536/256; TL = 15536%256;，进制计算问题这里不细讨论。
  这样的话，每50ms就会产生一次中断。我们只要用程序判断其中断20次就记1s。

电路

这里开始进入今天实践正题，虽说电路和上面知识点的电路是一样的，但要记得把单片机的时钟频率（Clock Frequency）要调成12MHz。

代码

代码部分我分为两个部分，一个是自定义的关于数码管编码表的头文件7seg.h，另一个是主程序源代码文件main.c
本例要实现的是在12MHz的时钟频率下，每隔一秒数码管显示的数字加一。

• 7seg.h

#ifndef __7SEG_H__
#define __7SEG_H__

//共阳数码管的十六进制数编码表
unsigned char code hexForCommonAnode[] = {
    0x40, 0x79, 0x24, 0x30,
    0x19, 0x12, 0x02, 0x78,
    0x00, 0x10, 0x08, 0x03,
    0x46, 0x21, 0x06, 0x0e
};

//共阴数码管的十六进制数编码表
unsigned char code hexForCommonCathode[] = {
    0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f,
    0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07,
    0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c,
    0x39, 0x5e, 0x79, 0x71
};

#endif

• main.c

#include <reg52.h>
#include <7seg.h>    //包含自定义的编码表头文件

unsigned char THx = (65536-50000)/256;    //存储高八位寄存器初值的临时变量
unsigned char TLx = (65536-50000)%256;    //存储低八位寄存器初值的临时变量
unsigned char counter = 0;    //用于记录产生中断的次数
unsigned char digit = 0;      //用作编码表索引

//初始化函数：用于初始化各种参数
void init() {
    TMOD = 0x01;    //设置定时器0，GATE = 0, C/T = 0 , M1M0 = 01(方式1,16位定时器/计数器)

    //赋初值
    TH0 = THx;
    TL0 = TLx;

    EA = 1;    //中断总闸·开！
    ET0 = 1;  //定时器0中断·开！
    TR0 = 1;  //定时器0·运行！
}

//刷新函数：每调用一次就更新一次数码表的显示方式。
void refresh(){
    counter = 0;    //中断计数器清零
    P0 = hexForCommonAnode[digit];    //根据索引找编码表，将显示方式的二进制位丢给共阳数码管
    P2 = hexForCommonCathode[digit];  //根据索引找编码表，将显示方式的二进制位丢给共阴数码管
    P1 = digit;    //索引就是要显示的那个数字，可直接丢给BCD显示出来

    //数满后索引（数字）清零
    if(++digit >= 16)
        digit = 0;
}

//主函数
void main() {
    init();     //初始化
    refresh();  //先把0显示出来
    while(1);   //卡住
}

//定时器0的中断函数：由定时器中断自动调用，你只需要写好中断后要怎么处理就好
void timeInt_T0 () interrupt 1 {
    //每中断一次都要重新赋初值
    TH0 = THx;
    TL0 = TLx;

    //记够20次中断后，刷新显示
    if(++counter == 20)
        refresh();
}

效果

结语

好了，今天就《扯单》到这里，下次不出意外的话就开始扯串口通信了。如果你对本文有什么感想和意见，欢迎在评论区畅所欲言！关于深度的话，我会慢慢加，不过也是在力所能及的范围内，毕竟只是个软工狗，还请谅解。

本次实践文中加入了小部分的理论知识介绍和文章框架脑图，不知道大家喜不喜欢，有什么想法就在评论区告诉我。

参考资料

1.《51单片机C语言教程》，郭天祥 著，电子工业出版社